Uso de diodos corporales MOSFET para cargar la batería en inversores

En este post tratamos de entender cómo se podrían aprovechar los diodos internos del cuerpo de los MOSFET para permitir la carga de la batería a través del mismo transformador que se está utilizando como transformador inversor.

En este artículo, investigaremos un concepto de inversor de puente completo y aprenderemos cómo se pueden aplicar los diodos incorporados de sus 4 MOSFET para cargar una batería conectada.

¿Qué es un inversor Full Bridge o H-Bridge?

En algunas de mis publicaciones anteriores hemos discutido circuitos inversores de puente completo y con respecto a su principio de funcionamiento.

Como se muestra en la imagen de arriba, básicamente, en un inversor de puente completo tenemos un conjunto de 4 MOSFET conectados a la carga de salida. Los pares de MOSFET conectados en diagonal se conmutan alternativamente a través de un oscilador , provocando que la CC de entrada de la batería se transforme en una corriente alterna o CA para la carga.

La carga tiene normalmente la forma de un transformador , cuyo primario de bajo voltaje está conectado con el puente MOSFET para la inversión de CC a CA prevista.

Normalmente, el MOSFET de 4 canales N La topología basada en puente H se aplica en inversores de puente completo, ya que esta topología proporciona el trabajo más eficiente en términos de compacidad a relación de salida de potencia.

Aunque el uso de inversores de 4 N canales depende de controladores IC con bootstrapping , sin embargo, la eficiencia supera la complejidad, por lo que estos tipos se emplean popularmente en todos los inversores de puente completo .

Propósito de los diodos de cuerpo interno MOSFET

Los diodos internos del cuerpo presentes en casi todos los MOSFET modernos se introducen principalmente en salvaguardar el dispositivo de picos de EMF inversos generados a partir de una conexión carga inductiva , como un transformador, motor, solenoide, etc.

Cuando se enciende una carga inductiva a través del drenaje MOSFET, la energía eléctrica se almacena instantáneamente dentro de la carga y durante el siguiente momento como MOSFET se apaga , este EMF almacenado se retrocede en la polaridad inversa de la fuente MOSFET al drenaje, causando un daño permanente al MOSFET.

La presencia de un diodo de cuerpo interno a través del drenaje / fuente del dispositivo frustra el peligro al permitir que este pico de fem trasera tenga una trayectoria directa a través del diodo, salvaguardando así el MOSFET de una posible avería.

Uso de diodos de cuerpo MOSFET para cargar la batería del inversor

Sabemos que un inversor está incompleto sin una batería, y una batería de inversor inevitablemente requiere cargarse con frecuencia para mantener la salida del inversor llena y en condición de espera.

Sin embargo, cargar una batería requiere un transformador, que debe ser de un tipo de alta potencia para garantizar una corriente para la batería .

El uso de un transformador adicional junto con el transformador inversor también puede ser bastante voluminoso y costoso. Por lo tanto, encontrar una técnica en la que el Se aplica el mismo transformador inversor para cargar la batería suena extremadamente beneficiosa.

La presencia de los diodos internos del cuerpo en los MOSFET, afortunadamente, hace posible que el transformador se cambie en el modo inversor y también en el modo cargador de batería, a través de algunos cambios de relé secuencias.

Concepto de trabajo básico

En el diagrama a continuación podemos ver que, cada MOSFET está acompañado con un diodo de cuerpo interno, conectado a través de sus pines de drenaje / fuente.

El ánodo del diodo está conectado con el pin de la fuente, mientras que el pin del cátodo está asociado con el pin de drenaje del dispositivo. También podemos ver que dado que los MOSFET se configuran en una red puenteada, los diodos también se configuran en una rectificador de puente completo formato de red.

Se emplean un par de relés que implementan algunos cambios rápidos para permitir que la red AC cargue la batería a través de los diodos del cuerpo MOSFET.

Esta puente rectificador La formación de la red de los diodos internos del MOSFET hace que el proceso de utilizar un solo transformador como transformador inversor y transformador cargador sea muy sencillo.

Dirección de flujo de corriente a través de diodos de cuerpo MOSFET

La siguiente imagen muestra la dirección del flujo de corriente a través de los diodos del cuerpo para rectificar la CA del transformador a una tensión de carga CC.

Con una fuente de CA, los cables del transformador cambian su polaridad alternativamente. Como se muestra en la imagen de la izquierda, asumiendo el ARRANQUE como el cable positivo, las flechas naranjas indican el patrón de flujo de corriente a través de D1, batería, D3 y de regreso al FINAL o al cable negativo del transformador.

Para el siguiente ciclo de CA, la polaridad se invierte y la corriente se mueve como lo indican las flechas azules a través del diodo del cuerpo D4, la batería, D2 y de regreso al FINAL o al extremo negativo del devanado del transformador. Esto sigue repitiéndose alternativamente, transformando ambos ciclos de CA a CC y cargando la batería.

Sin embargo, dado que los MOSFET también están involucrados en el sistema, se debe tener mucho cuidado para garantizar que estos dispositivos no se dañen en el proceso, y esto requiere una operación perfecta de cambio de inversor / cargador.

Diseño practico

El siguiente diagrama muestra un diseño práctico configurado para implementar diodos de cuerpo MOSFET como rectificador para cargar una batería de inversor , con conmutadores de relé.

Para garantizar el 100% de seguridad para los MOSFET en el modo de carga y mientras se usan los diodos del cuerpo con la CA del transformador, las compuertas del MOSFET deben mantenerse en el potencial de tierra y completamente desconectadas del suministro de CC.

Para esto implementamos dos cosas, conectamos resistencias de 1 k a través de los pines de puerta / fuente de todos los MOSFET, y ponemos un relé de corte en serie con la línea de suministro Vcc del controlador IC.

El relé de corte es un contacto de relé SPDT con sus contactos N / C conectados en serie con la entrada de suministro del controlador IC. En ausencia de red de CA, los contactos N / C permanecen activos permitiendo que el suministro de batería llegue al controlador IC para alimentar los MOSFET.

Cuando la red CA está disponible, relé cambia a los contactos N / O que cortan el IC Vcc de la fuente de alimentación, asegurando así un corte total para los MOSFET de la unidad positiva.

Podemos ver otro conjunto de contactos de relé conectado con el lado de red del transformador 220 V. Este devanado constituye el lado de salida de 220 V del inversor. Los extremos de los devanados están conectados con los polos de un relé DPDT, cuyos contactos N / A y N / C están configurados con la entrada de red AC y la carga respectivamente.

En ausencia de la red eléctrica de CA, el sistema funciona en modo inversor y la potencia de salida se entrega a la carga a través de los contactos normalmente cerrados del DPDT.

En presencia de una entrada de red de CA, el relé se activa a los contactos N / O permitiendo que la red de CA alimente el lado de 220 V del transformador. Esto, a su vez, energiza el lado del inversor del transformador y se permite que la corriente pase a través de los diodos del cuerpo de los MOSFET para cargar la batería adjunta.

Antes de que el relé DPDT pueda activarse, se supone que el relé SPDT corta el Vcc del controlador IC del suministro. Este ligero retraso en la activación entre el relé SPDT y el relé DPDT debe garantizarse para garantizar el 100% de seguridad para los MOSFET y para las operaciones de sonido del modo inversor / carga a través de los diodos del cuerpo.

Operaciones de cambio de relé

Como se sugirió anteriormente, cuando el suministro de red está disponible, el contacto del relé SPDT del lado Vcc debe activarse unos milisegundos antes que el relé DPDT, en el lado del transformador. Sin embargo, cuando falla la entrada de red, ambos relés deben apagarse casi simultáneamente. Estas condiciones podrían implementarse utilizando el siguiente circuito.

Aquí, la alimentación de CC operativa para la bobina del relé se adquiere de un estándar Adaptador de CA a CC , enchufado a la red eléctrica.

Esto significa que cuando la red CA está disponible, el adaptador CA / CC enciende los relés. El relé SPDT que se conecta directamente al suministro de CC se activa rápidamente antes de que lo haga el relé DPDT. El relé DPDT se activa unos milisegundos más tarde debido a la presencia del condensador de 10 ohmios y 470 uF. Esto asegura que el IC del controlador MOSFET esté desactivado antes de que el transformador pueda responder a la entrada de CA de la red en su lado de 220 V.

Cuando falla la red de CA, ambos relés se apagan casi simultáneamente, ya que el capacitor de 470uF ahora no tiene ningún efecto en el DPDT debido al diodo polarizado en serie.

Esto concluye nuestra explicación sobre el uso de diodos de cuerpo MOSFET para cargar una batería de inversor a través de un solo transformador común. Con suerte, la idea permitirá a muchos aficionados construir inversores automáticos compactos y económicos con cargadores de batería incorporados, utilizando un solo transformador común.